基于IP Filter的NAT透析
    摘 要：本文依托cnfug开发的Floppy Firewall为平台，以嗅探器抓包分析结合相应的 路由 转发规分析IPFilter对数据报进行转发和NAT的机理，最终针对实际案例的需求提出解决方案。
关键词：NAT FreeBSD 嗅探器 TCP/IP
一、前言
　　 如今很多企事业单位拥有自己的LAN，介入互联网的方案比较流行的方案是选用如图1-1的拓扑结构来构建网络。防火墙服务器充当过滤和转发数据报的中间代理，专用服务器安置在防火墙后面避免受到攻击。这类防火墙有硬件和软件之分，对于一个普通小型局域网来说，软件防火墙已经可以满足需求，而软件防火墙领域几乎是IPfw和IP Filter的天下，它们的功能非常强大，安装也非常容易，考验防火墙管理员的主要是如何配置防火墙的rules，现在在网上可以很容易地找到如何配置 rules的文献，但是很少有介绍其工作机理的资料，本文将以一个基于IP Filter防火墙的实际案例来分析这些rules的工作机理，并将其运用到实际案例中解决特殊的需求问题。

图1-1 常用的拓扑结构

二、案例需求

　　 本文所举案例为一实验室的局域网的防火墙配置。该实验室局域网拥有30台客户机，它们通过3个HUB连接在一起，通过一台安装有FreeBSD的服务器用IPFW共享一个固定IP连接Internet，该服务器除了充当局域网的防火墙之外，在其上面还运行了几乎所有FreeBSD能够提供的大众化服务，如WEB、TOMCAT、JAVA、FTP、SMABA、MAIL、DNS、TELNET等（详情请参考cnfug期刊第八期的《用FreeBSD构建家庭网络世界》和第九期的《基于FreeBSD操作系统的安全电子邮件系统架设》），随着使用人数的增多，该服务器慢慢有些不堪重负，经常可以看到在后台运行的NATD服务占用了约50％的CPU时间，尤其是TOMCAT服务启动并调用JDK之后占用的内存高达106M之巨，在高峰期客户端的上网速度有明显变慢。为了缓解服务器的压力，我采用了前面介绍的现今比较流行的方案，把防火墙和专用服务器的功能分开，防火墙采用了由cnfug开发的基于 FreeBSD的Floppy Firewall系统。如此，一来可以节约硬件成本，因为所有配件下来不到150元；二来可以方便日后的维护，因为一旦配置好防火墙之后，再也不怕断电等会导致硬盘版操作系统数据丢失的意外事故，也方便系统的备份（仅仅备份一张软盘镜像而已）；三来可以对在防火墙后的专用服务器提供一道安全屏障，这点是显而易见的，虽然对于我们来说网络安全并不是太重要。
　　 这套由cnfug开发的软盘版的FreeBSD防火墙使用的是4.9版本的FreeBSD，防火墙使用的是IP FilterV3.4.20，改造后的网络的整体拓扑结构如图2-1所示。

图2-1 网络物理拓扑图

本案例的需求主要有四点：
　　 1、 子网192.168.0.0/24中的所有电脑可以借助网关(防火墙)192.168.0.1透明地访问互联网。
（注： 192.168.0.0/24这种格式在IP Filter 的rules中大量使用，其中/24＝3×8表示三个字节的子网掩码255.255.255.0，掩盖一个C类网段，在这里表示IP地址前三段等于 192.168.0的所有电脑。同理，/16表示一个B类网，/32唯一标识一台主机。）
　　 2、 外网的客户机可以透明地可以访问IP地址为192.168.0.251的多功能服务器（Web、Email、Ftp服务）和IP地址为192.168.0.2的文件兼打印服务器。
　　 3、 内网客户机可以和外网客户机一样通过访问外网IP202.115.65.225来访问内网的web、email等服务器。
　　 4、内网的客户机可以访问远程的Ftp服务器同时外网的客户端也可访问内网的Ftp服务器。（由于Ftp 协议 的特殊性在此专门提出）从图2-1看到，防火墙的两块8139网卡rl1和rl0分别连接Internet和局域网的交换机，外网卡IP地址为202.115.65.225内网卡IP地址为 192.168.0.1。由于内核中IPf的缺省设置为block all，即过滤所有的包，在该情况下，防火墙的两块网卡不能和外界有任何数据交换，ping任何地址都提示“ping:sendto: no route to host”，所以必须人工配置IPf规则，如下命令可完成让所有数据报自由进出防火墙的两块网卡：
#cat ipf.conf //红色的字表示是系统提示符
>pass in all //允许任何包从任何网卡进
>pass out all //允许任何包从任何网卡出
>end //保存
#ipf –f ipf.conf //执行ipf.conf文件中的过滤规则
#sysctl –w net.inet.ip.forwarding =1 //打开内核的ip转发　　现在防火墙没有任何过滤规则，可以允许所有的数据报自由进出自己的两块网卡，但是它还不知道如何把到达其上的数据报转发，下面我将详细介绍怎么让它按照我们的需求转发数据报，这也是本文的重点所在。（注：本文主要目的是介绍IP filter防火墙软件对数据报转发机理，也就是 路由 功能，对于如何对数据报进行过滤不是本文的内容，请参考IPf的相关文献。）